[发明专利]改进的、低粘度硫作为导热和储热液体的应用

说明书

技术领域

用于传输热能的液体被应用在现有技术的各个领域中。在内燃机中，水和乙二醇的混合物将燃烧的余热输送到冷却器中。类似的混合物将来自太阳能屋顶集热器的热量输送至蓄热器中。在化学工业中，其将来自电或者燃煤加热的暖气装置的热量输送至化学反应器或者由此而出至冷却装置。

背景技术

相应地，需要使用大量液体。所述液体在室温下或者更低温度下应为液态的，且首先应具有低粘度。对于更高的使用温度，不再考虑水，因为水的蒸汽压太大。因此，在250℃之内使用碳氢化合物，其通常由芳香族和脂肪族分子部分构成。也经常使用低聚硅氧烷。

太阳能热电厂大量地产生电能，从而体现出对导热液体的新挑战。至今，这样的电厂被建造成具有总共约400兆瓦的装机容量。太阳辐射通过槽形抛物镜面聚焦在镜面焦线上。在那里安装有金属管，该金属管位于玻璃管内以避免热量损失，其中，同心管之间无空隙。导热液体流经该金属管。根据现有技术，在此使用二苯醚和联苯的混合物。

导热体被加热至最高400℃，由此驱动蒸汽发电机，水在其中变成蒸汽。该蒸汽驱动涡轮机，且该涡轮机再次驱动传统电厂中的发电机。由此，总效率可达到20％至23％，其与日照率的能量容量有关。

导热体的两种成分在正常压力下沸点为256℃。联苯的熔点为70℃，二苯醚的熔点为28℃。通过混合这两种物质，熔点下降至大约10℃，在温度为400℃之内，可以使用这两种成分的混合物，在更高的温度下，混合物则会分解。在该温度下，蒸汽压为大约10巴，这是一个在现有技术中还可以很好的得到控制的压力。

为了获得高于20％至23％的总效率，需要更高的压力入口温度(Druckeingangstemperatur)。蒸汽涡轮机的效率与涡轮机入口温度一同提高。现代的燃煤火电厂以650℃以内的压力入口温度工作，且由此获得45％的效率。技术上可能的是：在镜面焦线中的导热液体被加热至650℃的温度，且由此获得同样高的效率；但由于导热液体的受限制的温度稳定性而使得这是不可能的。明显地，不存在能够持续经受400℃以上的温度的有机物质，至少至今还没有发现。因此人们试图选择无机材料中耐高温的液体。

通过核技术而已知的可能性是：将液态钠作为导热液体使用，这一可能性是经过严格的检验的。然而，钠是相当贵的，这有碍实际的使用，且必须通过高能量消耗的电解氯化钠而产生，且在已获得氢气的情况下与微量水反应将产生安全问题。

另一种可能为，使用无机的熔盐作为导热液体。这样的熔盐在工艺上是目前最先进的，熔盐在高温下工作。通过硝酸钾、亚硝酸钾和相应的钠盐的混合，工作温度可达到500℃。肥料工业可以大量地生产。当然，熔盐同时导致了两个明显的缺点，在太阳能热电厂中不使用它们：硝酸盐和亚硝酸盐在提高的温度下会强烈氧化金属材料，特别是钢，由此，其表面使用温度被限制为大约500度。由于其结晶熔点，其最低使用温度为大约160℃。

虽然通过在亚硝酸盐或者硝酸盐中混入碱土金属可以使得熔点进一步下降，但这导致在低温下熔融粘度的提高。除了提高了输送能量外还会对热传递产生负面影响。

人们同样尝试去研究，水在相应的高压力下是否适合作为导热体。但其超过三百巴的极高的蒸汽压是个不利因素，这使得大型太阳能热电厂的几千公里管道造价过于不经济。蒸汽自身作为导热体也是不适宜的，这归因于其相对于液体较低的导热能力以及较低的单位体积热容量。

另一问题在于，人们追求在夜间也驱动太阳能热电厂。因此，需要在巨大的、隔热的罐中储存非常大量的导热液体。对于具有千兆瓦电力的电厂，人们希望将热函(Waermeinhalt)储存十三至十四个小时，因此，600℃下数十万立方米量级的大罐是先决条件，且从储热器至发电机出口的效率应在40％。这意味着，导热体必须非常便宜，否则这样的电厂的投资将过大。这还意味着，必须具有足够的材料作为导热体使用，为了大量提供，需要数百个千兆瓦机组。

最终，经济地大量提供太阳能的解决方法取决于：是否存在导热液体，该液体可以在650℃以内的温度下持续使用，该液体在该温度下具有尽可能低的、经济上可控的蒸汽压，优选至十巴，这不会氧化所使用的钢铁材料，且能使液体具有尽可能低的熔点。

首先，元素硫最可能满足这些条件。硫可被大量获得。存在大量含硫丰富的矿层，在发动机燃料和天然气的脱硫时也会有硫脱离成为残渣。当前，有数百万吨的硫尚无使用的可能，人们以大的浇铸块的形式储存硫或者以此进行大面积的土地填充。